De plumas de ave a pieles de frutas, el mundo natural tiene dos formas principales de mostrar el color: a través de sustancias pigmentarias que proporcionan una absorción selectiva del color, o por color estructural – el uso de estructuras microscópicas para controlar el reflejo de la luz.
Hoy en día, los científicos han desarrollado un modelo informático que explica por qué los colores estructurales mate más brillantes de la naturaleza son casi siempre el azul y el verde: porque estos son los límites del color estructural en el espectro visible de la luz.
Además de brindarnos una mejor comprensión de cómo se crean los azules y verdes más brillantes en el mundo natural, la investigación también podría ser importante para desarrollar pinturas y recubrimientos vibrantes y ecológicos que no se unan. no se decolora con el tiempo ni libera productos químicos tóxicos.
«Además de su intensidad y resistencia a la decoloración, una pintura mate que usa un color estructural también sería mucho más amigable con el medio ambiente, ya que no se necesitarían tintes y pigmentos tóxicos». dice el físico Gianni Jacucci de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.
«Sin embargo, primero debemos comprender cuáles son los límites para recrear estos tipos de colores antes de que sea posible cualquier aplicación comercial».
Con el color estructural, el marco a nanoescala en la superficie es lo que dicta el color real en sí.
A veces, como en las plumas de pavo real, por ejemplo, este color puede ser iridiscente y cambiar de un tono de color a otro en diferentes ángulos y con diferentes luces. Estos son producidos por estructuras cristalinas ordenadas.
Las plumas de pavo real son un ejemplo clásico de color estructural. (Tj Holowaychuk / Unsplash)
Con otras estructuras obtienes un color mate que no cambia debido a estructuras desordenadas; en la naturaleza, esto solo se ha observado en la producción de tonos azules y verdes. El objetivo del nuevo estudio era comprobar si se trataba de una limitación inherente a dichas estructuras.
El nuevo modelo de computadora, basado en materiales artificiales llamados vidrios fotónicos, muestra que el rojo está fuera del alcance de las técnicas de dispersión detrás de los colores estructurales mate: la región de longitud de onda larga del espectro visible no puede no se refleja fácilmente utilizando las técnicas de estas estructuras superficiales microscópicas.
«Debido a la compleja interacción entre la dispersión simple y la dispersión múltiple, y las contribuciones de la dispersión correlacionada, descubrimos que, además del rojo, el amarillo y el naranja también difícilmente se pueden lograr». dice la química Silvia Vignolini, de la Universidad de Cambridge.
Ésta debe ser la razón por la que los rojos mate brillantes se producen utilizando pigmentos naturales, en lugar de colores estructurales. El equipo cree que la evolución de la naturaleza ha llevado a diferentes formas de producir colores rojos, debido a limitaciones en las estructuras subyacentes.
Aprender más sobre la creación de estos colores estructurales mate nos acercará a la producción de pinturas libres de pigmentos y colorantes, un avance significativo en materiales sostenibles y ecológicos para muchas aplicaciones.
Todavía queda un largo camino por recorrer, y parece que se necesitará un enfoque diferente para los rojos y naranjas; otros tipos de nanoestructuras podrían hacer el trabajo, después de una investigación más detallada sobre ellos, pero los científicos por ahora los materiales tienen los mismos problemas que el mundo natural.
«Cuando intentamos recrear artificialmente un color estructural mate para rojos o naranjas, terminamos con un resultado de mala calidad, tanto en términos de saturación de color como de pureza». dice el químico Lukas Schertel, de la Universidad de Cambridge.
La investigación fue publicada en PNAS.
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